大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝施工技術(shù)的應(yīng)用研究

何靜

摘 要：隨著大跨度鋼結(jié)構(gòu)體系的日益復(fù)雜與跨度不斷增加，其施工安裝技術(shù)遇到了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。各種傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)施工方法已不能完全適應(yīng)當(dāng)今大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工要求，為了適應(yīng)其結(jié)構(gòu)發(fā)展，各種經(jīng)濟(jì)高效、安全可靠的新型安裝技術(shù)不斷出現(xiàn)。本文歸納并總結(jié)了大跨度鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)及新型的安裝施工方法，并分析了其各自的適用條件及特點(diǎn)，旨在為大跨度鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工技術(shù)提供理論及技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：大跨度；鋼結(jié)構(gòu)；安裝施工技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.098

0 引言

大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方法多種多樣、層出不窮，選擇一個(gè)安全合理、經(jīng)濟(jì)可靠的安裝方法是制定安裝方案的重點(diǎn)和難點(diǎn)。大跨度鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方法的選擇與其結(jié)構(gòu)類(lèi)型息息相關(guān)，同一結(jié)構(gòu)類(lèi)型可采用多種安裝方法，但只有對(duì)比選擇出最佳安裝方法，才能保證工程的施工質(zhì)量、人員安全、進(jìn)度要求，才能最大限度的節(jié)約成本。

1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)安裝施工方法

1.1 高空散裝法

高空散裝法是先在地面搭設(shè)臨時(shí)支架，再用起重設(shè)備將桿件吊至相應(yīng)的設(shè)計(jì)位置，然后在已搭設(shè)的臨時(shí)支架上拼裝成整體的結(jié)構(gòu)安裝方法。高空散裝法有全支架法和懸挑法，其中全支架法多用于散件拼裝，而懸挑法多用于小拼單元在高空總拼，目前我國(guó)全支架法應(yīng)用廣泛。高空散裝法的優(yōu)點(diǎn)是不需要大型起重運(yùn)輸設(shè)備，在高空一次拼裝完畢，可適應(yīng)于起重能力薄弱或運(yùn)輸困難的山區(qū)，但其缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)高空作業(yè)多，臨時(shí)支架用量大。

1.2 分條或分塊安裝法

分條或分塊安裝法是指將結(jié)構(gòu)沿長(zhǎng)跨分割成若干條狀單元或沿縱橫兩個(gè)方向分割成若干塊狀單元，先將這些單元在地面拼裝，然后將其分別用起重設(shè)備吊至相應(yīng)位置，拼裝成整體的結(jié)構(gòu)安裝方法，對(duì)桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)較為適用。該法因大部分的拼裝作業(yè)是在地面完成的，質(zhì)量容易保證，并能省去大部分臨時(shí)支撐，節(jié)省時(shí)間，降低成本。

1.3 高空滑移法

高空滑移法是指將被分割的條狀網(wǎng)架單元沿事先設(shè)置的滑軌單條或逐條累積后滑移到相應(yīng)的位置，拼裝成整體的安裝方法。采用這種方法，結(jié)構(gòu)安裝可與下部其他作業(yè)平行立體施工，從而縮短工期，同時(shí)條狀單元可在地面完成拼裝后再起吊至平臺(tái)滑軌上，也可將散件直接吊至平臺(tái)后拼裝，故該方法對(duì)起重設(shè)備要求不高，成本低，尤其適用于場(chǎng)地狹小、需跨越其他結(jié)構(gòu)設(shè)備或進(jìn)行立體交叉施工的情況。

1.4 整體安裝法

整體安裝法是將結(jié)構(gòu)在地面拼裝成型后，直接通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備將其送至設(shè)計(jì)位置安裝就位的安裝方法。這種方法由于在地面完成拼裝工作，易于保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量，不需要高大的拼裝支架，高空危險(xiǎn)作業(yè)少。根據(jù)使用設(shè)備的不同，該法又可分為整體吊裝法、整體提升法和整體頂升法。

（1）整體吊裝法：是利用一臺(tái)或多臺(tái)起重設(shè)備將已成型的結(jié)構(gòu)吊至設(shè)計(jì)位置，故該法需要起重能力較大的起吊設(shè)備，有時(shí)需要多臺(tái)起吊設(shè)備同時(shí)起吊，技術(shù)難度高。

（2）整體提升法：是利用安裝在柱頂?shù)男⌒驮O(shè)備如升板機(jī)、液壓千斤頂?shù)葘⒁殉尚偷慕Y(jié)構(gòu)提升至設(shè)計(jì)位置，該法不需大型起重設(shè)備，所需機(jī)具和安裝工具簡(jiǎn)單，提升平穩(wěn)，同步性好，功效高，施工安全。

（3）整體頂升法：是利用建筑物承重柱作為頂升的支承結(jié)構(gòu)，用千斤頂將已成型的結(jié)構(gòu)頂升至設(shè)計(jì)標(biāo)高，特點(diǎn)同整體提升法，只是設(shè)備安裝位置不同，提升法設(shè)備安裝在結(jié)構(gòu)上部，而頂升法設(shè)備安裝在結(jié)構(gòu)下部。

2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)新型安裝施工方法

近年來(lái)，隨著鋼結(jié)構(gòu)不斷向更大跨度、更高高度和奇特造型發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)安裝施工難度越來(lái)越大，對(duì)施工技術(shù)的要求也越來(lái)越高，上述單純的常規(guī)施工方法已難以滿足現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的施工要求，與此同時(shí)為了適應(yīng)結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在綜合上述常規(guī)施工方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究出了一些新型的安裝施工方法，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效益。

2.1 “攀達(dá)穹頂”整體頂升施工法

穹頂結(jié)構(gòu)使用歷史悠久，而近代的殼體結(jié)構(gòu)和空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就充分利用了穹頂結(jié)構(gòu)的三維立體特征，而穹頂?shù)目臻g立體性反而成了該結(jié)構(gòu)體系在制作安裝時(shí)的障礙，攀達(dá)穹頂施工法正是為暫時(shí)取消穹頂在制作安裝過(guò)程中的這種立體特性而提出的。

攀達(dá)穹頂施工法的核心思想是通過(guò)臨時(shí)去掉一些桿件并在結(jié)構(gòu)中設(shè)置單軸鉸使穹狀結(jié)構(gòu)在建造的一個(gè)時(shí)期內(nèi)暫時(shí)成為幾何可變體系，從而在施工中可被折疊，結(jié)構(gòu)即可在地面上或在一個(gè)相對(duì)較低的高度上進(jìn)行組裝。不僅是結(jié)構(gòu)主體，室內(nèi)外裝修、電氣及機(jī)械設(shè)備的安裝也可在較低的高度上進(jìn)行安裝，這樣便可使安裝工作安全、迅速、經(jīng)濟(jì)地完成。然后采用吹氣設(shè)備提高穹頂內(nèi)的氣壓或采用千斤頂?shù)软斏O(shè)備將其頂升至預(yù)定高度就位。當(dāng)結(jié)構(gòu)達(dá)到最終形態(tài)后，再將施工中臨時(shí)去掉的桿件安裝在相應(yīng)位置上，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)的安裝。該法具有施工速度快、造價(jià)低、安全可靠及施工質(zhì)量易得到保障等顯著優(yōu)點(diǎn)。

2.2 “折疊展開(kāi)式”整體提升施工法

目前國(guó)內(nèi)采用整體提升法和整體頂升法對(duì)網(wǎng)架、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的安裝運(yùn)用越來(lái)越廣泛。但這兩種方法在結(jié)構(gòu)提升或頂升的過(guò)程中，僅僅是向上平動(dòng)的過(guò)程，內(nèi)部各點(diǎn)之間并無(wú)相對(duì)位移，所以這些方法只適用于平板網(wǎng)架或較為扁平的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，而對(duì)曲率較大、失高過(guò)高的網(wǎng)殼或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并非優(yōu)選。日本的川口衛(wèi)教授針對(duì)雙曲率網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的施工，提出了較為實(shí)用的“折疊展開(kāi)式”整體頂升施工法。該法是一種新型的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)安裝施工方法，基本思路類(lèi)似于“攀達(dá)穹頂”施工原理，是將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)去掉部分桿件，在地面上折疊起來(lái)；然后將折疊的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)利用提升設(shè)備提升到設(shè)計(jì)高度；最后補(bǔ)缺去掉的部分桿件，整個(gè)施工過(guò)程是一個(gè)由機(jī)構(gòu)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)的變化過(guò)程。

2.3 少支架高空懸挑拼裝法

對(duì)于跨度大、高度高、覆蓋面積大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，若采用傳統(tǒng)的全支架安裝法，僅腳手架的費(fèi)用就很高，且腳手架的拆裝也需大量的時(shí)間，工期和成本必然提高。

少支架高空懸挑拼裝法，是利用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)對(duì)集中荷載的承載能力大，且自身剛度大、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，用已安裝好的部分結(jié)構(gòu)作為后續(xù)待安裝結(jié)構(gòu)的操作面，來(lái)完成結(jié)構(gòu)的安裝作業(yè)的。使用該法，在施工初期，需先按傳統(tǒng)的安裝方法搭設(shè)少量支架，安裝3-4跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，保證其具有一定的剛度，能夠承受后續(xù)施工荷載；然后在己安裝好的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)上懸掛搭設(shè)支架，在其上安裝后續(xù)結(jié)構(gòu)，逐步擴(kuò)展，直至完成整個(gè)結(jié)構(gòu)安裝。與傳統(tǒng)的全支架安裝法相比，該法可大大減少腳手架的用量，同時(shí)在地面上可進(jìn)行立體交叉作業(yè)，從而大幅度減少施工成本縮短工期，但由于其高空作業(yè)相對(duì)較多，也存在一定的安全隱患。

2.4 整體張拉施工法

整體張拉施工法適用于柔性結(jié)構(gòu)，尤其是索桿結(jié)構(gòu)和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

對(duì)于索結(jié)構(gòu)的施工，傳統(tǒng)的施工方法普遍采用高空散裝法，需搭設(shè)大量臨時(shí)支架，高空作業(yè)多，存在很大的安全隱患。

整體張拉施工法是將索結(jié)構(gòu)在地面整體拼裝，然后利用液壓千斤頂將索結(jié)構(gòu)同步提升至與周?chē)鷦傂约s束連接，再對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體張拉成形的施工方法。該法避免了高空作業(yè)存在的安全隱患，同時(shí)減少了大量臨時(shí)支架的安拆作業(yè)，從而節(jié)省時(shí)間，降低成本，更重要的是在整個(gè)提升過(guò)程中，能夠準(zhǔn)確并有效地控制構(gòu)件的位移、變形和受力狀態(tài)。

3 選擇安裝施工方法的原則

大跨度鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)的安裝施工技術(shù)已趨于成熟，應(yīng)用廣泛。目前大部分的鋼結(jié)構(gòu)均采用這些安裝施工方法。而不同的結(jié)構(gòu)形式和條件所選擇的施工方法是不相同的。在選擇安裝方法時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況考慮，當(dāng)施工場(chǎng)地狹窄或需要跨越已有建筑物時(shí)，可選擇高空滑移法、整體提升法或整體頂升法施工；同時(shí)還應(yīng)考慮設(shè)備條件，盡可能利用現(xiàn)有設(shè)備，并優(yōu)先選用中小型常用設(shè)備，以降低成本；如果僅從安裝大跨度鋼結(jié)構(gòu)的角度分析，高空散裝法最基本的設(shè)備是腳手架，滑移法最基本的動(dòng)力設(shè)備是人工絞車(chē)架或卷?yè)P(yáng)機(jī)，頂升法最基本的起重設(shè)備是千斤頂；從施工經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，如能在地面進(jìn)行屋面結(jié)構(gòu)、電氣、通風(fēng)設(shè)備等的安裝，可使費(fèi)用降低，但同時(shí)對(duì)吊裝、提升、頂升等設(shè)備的負(fù)荷能力要求會(huì)增加；對(duì)體育場(chǎng)、展覽館、劇場(chǎng)等下部裝修設(shè)備工程大的建筑物來(lái)說(shuō)，滑移法可使大跨度結(jié)構(gòu)的拼裝與場(chǎng)內(nèi)土建施工同時(shí)進(jìn)行，從而大大縮短工期降低成本；整體吊裝需要大的起重設(shè)備，而分條分塊安裝所需的起重設(shè)備就相對(duì)小些。

對(duì)于新型的安裝施工方法，雖然技術(shù)先進(jìn)，但主要適用于一些特定的結(jié)構(gòu)形式。如“攀達(dá)穹頂法”、“折疊展開(kāi)法”及“少支架高空懸挑法”，主要適用于大型的網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，“折疊展開(kāi)式”施工法更適用于曲率較大的曲面結(jié)構(gòu)折疊展開(kāi)的提升過(guò)程；“整體張拉法”適用于索結(jié)構(gòu)。

綜上所述，選擇何種安裝施工方法，要從工程的具體情況出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、起重設(shè)備情況以及結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)，因地制宜地選擇出最佳方案。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)建筑業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)建筑物空間的要求將越來(lái)越高，建筑結(jié)構(gòu)的施工難度也將越來(lái)越大，傳統(tǒng)的安裝方法已無(wú)法滿足建造要求，相信工程界將會(huì)不斷創(chuàng)新出更加先進(jìn)的安裝施工技術(shù)，適應(yīng)更大跨度的建筑結(jié)構(gòu)。

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項(xiàng)目基金：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院專(zhuān)項(xiàng)科研項(xiàng)目《自錨式懸索結(jié)構(gòu)在大跨度屋蓋中的應(yīng)用研究》（項(xiàng)目編號(hào)Gfy18-36）